Способ увеличения добычи метана из угленосной свиты посредством быстрого окисления (варианты)

Способ увеличения добычи метана из угленосной свиты посредством быстрого окисления (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится в основном к области добычи метана угольных пластов, а более конкретно - к нагнетанию текучих сред или материалов в подземные пласты угля, которые высвобождают свободный кислород, создавая условия реакции быстрого окисления внутри угольного пласта для стимуляции добычи природного газа из угольного пласта.

Коммерческая добыча природного газа из подземных угольных пластов уже вступила в свое третье десятилетие. Подземные угольные пласты могут содержать большое количество природного газа или метана (обычно именуемого метаном угольных пластов или МУП), который адсорбируется на поверхность угля. Этот газ высвобождается из угля и может быть добыт, когда давление в угольном пласте значительно снижается. Однако в большинстве случаев высвобождения газа, и следовательно, и добыча газа сокращается вследствие низкой проницаемости в угле или из-за причинения повреждений углю во время процесса бурения или заканчивания скважин.

К настоящему времени существуют два способа стимулирования или обхода поврежденных углей для повышения объема добычи газа: образование пустот (кавитация) или гидравлический разрыв пласта. Образование пустот - это способ извлечения угля посредством повторяющихся нагнетаний текучих сред и обратных притоков агрессивных веществ для срезания и добычи угля с подъемом его вверх по стволу скважины и соответствующим увеличением ствола скважины за счет создания полости. К сожалению, этот способ оказался успешным лишь в очень ограниченном количестве угольных пластов, содержащих уголь, обладающий специфическими свойствами ломкости.

Другой способ - гидравлический разрыв пласта - это во многом тот же способ, который нашел применение в обычных нефтеносных и газоносных формациях много лет назад. Он предусматривает создание разрывов в угольных пластах путем закачивания текучих сред в свиту при высоких давлениях и с высокими скоростями. К сожалению, из-за мягкости углей и присутствия природных разрывов (именуемых кливажами) эти гидравлические разрывы пласта оказались не очень эффективными и значительно менее совершенными, чем аналогичные их приложения в обычных нефтеносных и газоносных свитах. Чтобы увеличить проводимость разрыва после снижения гидравлического давления, предложено добавлять расклинивающий агент в жидкость разрыва, однако преждевременное образование перемычек из этого расклинивающего агента вызвало затруднения при гидравлических разрывах угольных пластов. Зачастую для успешного проведения обработок расклинивающим агентом требовались высоковязкие текучие среды. Вместе с тем, эти высоковязкие текучие среды зачастую вызывают вторичные повреждения угольных кливажей рядом с разрывом, что может в значительной степени нивелировать эффекты стимулирования обработки путем осуществления разрыва.

Уголь - это подземная порода, состоящая главным образом из соединений углерода, например, типичный состав которой приблизительно таков: (85% С, 5% Н, 5% (О, N, S), 5% М), где С - суммарное содержание углерода (фиксированное плюс летучее вещество), Н - суммарное содержание водорода, О, N, S - суммарное содержание совокупности кислорода, азота и серы, а М - суммарное содержание инертного вещества. Уголь и карбонаты (известняки и доломиты) часто являются источниками добычи нефти и газа и часто имеют природные разрывы, что повышает их потенциальную продуктивность. Уголь, известняки и доломиты могут обладать ограниченной производительностью по нефти и газу из-за низкой проницаемости или повреждений во время бурения и заканчивания скважин. Вместе с тем, карбонаты можно легко стимулировать либо можно обойти их повреждения, потому что есть возможность легко растворить породу с помощью экономичной кислоты, такой как соляная кислота. Реакция растворения известняка в HCl имеет вид:

2HCl+CaCO₃<-->CaCl₂+H₂O+CO₂.

Реакция растворения доломита в HCl имеет вид:

4HCl+CaMg(CO₃)₂<-->CaCl₂+MgCl₂+2H₂O+2CO₂.

Эти образования можно стимулировать путем увеличения ствола скважины и удаления либо обхода повреждений, или можно увеличивать гидравлические разрывы пласта, проводя гидравлический разрыв пласта с помощью кислой текучей среды, которая будет удалять породу вдоль грани разрыва и повышать проницаемость разрыва после спада гидравлического давления.

Было предпринято несколько попыток использовать окислители для увеличения добычи МУП, но ни в одном из соответствующих документов не описано или не предложено использование сгорания, усиливаемого за счет наличия окислителя, с целью удаления породы при стимулировании добычи МУП. Потребность в увеличении добычи МУП продолжает существовать, поскольку она еще не удовлетворена.

В соответствии с настоящим изобретением описаны способы увеличения добычи метана угольных пластов, которые позволяют смягчить или устранить проблемы, существующие в уже известных способах. Предлагаемые способы позволяют стимулировать угленосные свиты (такие, как угольные пласты и т.п.) для большей добычи метана угольных пластов посредством создания временной окислительной среды, обеспечения сгорания угля и увеличения размера искусственных гидравлических разрывов или перфорационных каналов. Предлагаемые способы предусматривают введение в подземные угольные пласты через пробуренные стволы скважин одной или более композиций, которые высвобождают и/или образуют окислительные вещества в достаточных концентрации и количестве для получения временных локальных окислительных сред с целью поддержания интенсивного окисления углистых материалов. Функция интенсифицированной реакции окисления заключается в стимулировании добычи природного газа из этих угольных пластов путем удаления угля в ключевых зонах для увеличения связности и количества протоков из угольного пласта в ствол скважины. Это может предусматривать удаление или обход тех областей угленосных свит рядом со стволом скважины, которые повреждены посредством бурения и заканчивания скважин, из-за кольцевых напряжений или совокупности этих причин.

Одним аспектом изобретения является способ увеличения добычи метана угольных пластов из угленосной свиты, заключающийся в том, что обеспечивают ствол скважины для доступа в угленосную свиту, обеспечивают перфорирующий заряд, имеющий стандартную зарядную часть и композицию, способную формировать локализованные временные окислительные среды, включающие в себя окислитель, в перфорационных каналах, перфорируют угленосную свиту с помощью перфорирующего заряда для образования исходных перфорационных каналов, ограниченных углистым материалом и имеющих заключенные в них локализованные временные окислительные среды, и инициируют сгорание углистого материала в присутствии окислительных сред для увеличения исходных перфорационных каналов. Сгорание можно инициировать теплом трения перфорационной пули об угленосную свиту. В альтернативном или дополнительном варианте инициирование сгорания можно осуществлять любым количеством способов, рассматриваемых в данной заявке, например, с помощью электрических нагревательных элементов, вспомогательных камер сгорания, искрообразования посредством кабелей и т.п.

Другой способ согласно изобретению заключается в том, что увеличивают добычу метана из угленосной свиты путем обеспечения ствола скважины для доступа в угленосную свиту, перфорирования угленосной свиты с помощью стандартного перфорирующего заряда и создания перфорационных каналов, обработки перфорационных каналов композицией, создающей в них временные локальные окислительные среды, содержащие окислитель, и инициируют сгорание углистого материала с использованием окислительных сред. При осуществлении этого способа, если сгорание не инициируют фрикционным нагревом, то его можно инициировать методами, описанными в связи с первым способом. Некоторые варианты осуществления могут предусматривать проведение перед перфорированием предварительной установки упаковки или закачивания композиции, содержащей окислитель, в ствол скважины. Например, в случае обсаженных или не обсаженных стволов скважин можно установить один или более фильтров на пути проникновения потока между насосно-компрессорной колонной и угленосной свитой. Над и под ситом можно установить пакер для изоляции кольцевого пространства в продуктивной зоне от непродуктивных свит. Чтобы обеспечить нанесение композиции, содержащей окислитель, вокруг фильтра можно использовать рабочую колонну и узел технического уплотнения. Узел технического уплотнения можно применять для перекачивания композиции (например, галечника или геля, содержащего окислитель) по рабочей колонне, при этом упомянутая композиция продавливается между угленосным пластом и фильтром. Эту композицию в форме суспензии на водной или гелевой основе можно перекачивать вниз по рабочей колонне, наносить с целью заполнения пространства между фильтром и обсадной колонной скважины или боковой стенкой ствола скважины. В скважинных установках, в которых фильтр подвешивают в необсаженном стволе скважины, предварительная набивка способствует укреплению окружающей свиты. В этих вариантах осуществления, сразу же после нанесения композиции, содержащей окислитель, возможно осуществление этапов перфорирования и обработки перфорационных каналов, по существу, одновременно. Перфорационные заряды проходят сквозь композицию и могут служить для инициирования сгорания окислителя и угля и/или метана в свите.

В том смысле, в каком он употребляется в данном описании, термин «стандартный заряд» означает заряд, который мог бы в обычном случае выполнять функцию перфорирования обсадной колонны и угленосной свиты. Термин «композиция» означает соединение или состав, функция которого состоит в том, чтобы обеспечить вышеуказанную окислительную среду. Композиция может быть газообразной, твердой, жидкой и представлять собой любую комбинацию веществ в указанных состояниях. В том смысле, в котором оно употребляется в данном описании, выражение «увеличение перфорационных каналов» означает увеличение значения любого одного или нескольких размеров, включая средний диаметр, объем и/или расстояние проникновения перфорационных каналов. «Перфорирование» означает стрельбу пулей сквозь боковую стенку ствола скважины с помощью заряда взрывчатого вещества, при этом «ствол скважины» может быть обсаженным, обсаженным и зацементированным, или не обсаженным стволом скважины, и может принадлежать скважине любого типа, включая - но не в ограничительном смысле - продуктивную скважину, непродуктивную (безрезультатную) скважину, экспериментальную скважину, разведочную скважину и т.п. Стволы скважин могут быть вертикальными, горизонтальными, наклонными под любым углом между вертикалью и горизонталью, отклоняющимися или не отклоняющимися, либо представлять собой комбинации этих вариантов, например, возможна вертикальная скважина с невертикальной составной частью. Термин «угленосная» означает любую степень углефикации. Термин «углистый материал» распространяется на уголь и горючие материалы в угле, такие как мацералы. Мацерал - это (органическая) составляющая угля. Этот термин аналогичен термину «минерал» в том контексте, в каком тот употребляется по отношению к магматическим и метаморфическим породам. Примерами мацералов являются инертинит, витринит и липтинит. Инертинит считается эквивалентом древесного угля и разложившегося растительного материала. Витринит считается состоящим из клеточного растительного материала, такого как корни, кора, стебли растений и стволы деревьев. Витринитные мацералы при рассмотрении под микроскопом демонстрируют коробчатую, сотовую структуру, зачастую - с продолговатыми пустотами и полостями, которые, вероятно, являются остатками стеблей растений. Липтинитные мацералы считаются получающимися из субстанции сгнивших листьев, из спор, пыльцевой и водорослевой субстанции. Частью липтинитных материалов также могут быть смолы и растительные воски. Термин «метан» распространяется на природный газ.

Третий способ согласно изобретению заключается в том, что обеспечивают посредством ствола скважины контакт поверхностей разрывов угленосной свиты с композицией, содержащей или формирующей посредством контакта с поверхностями локализованные окислительные среды, в разрывах, и обеспечивают сгорание углистого материала в окислительной среде в условиях, достаточных для расширительного, но не взрывного окисления части углистого материала с целью увеличения разрывов.

Сжигание углистого материала можно инициировать одним или несколькими методами, обсуждавшимися при рассмотрении первых двух способов. При осуществлении способов в рамках этого аспекта изобретения термин «разрывы» распространяется и на кливажи, и на искусственные разрывы. Способы в рамках этого аспекта могут оказаться подходящими, в частности, для устранения закупорок протоков, которые могут присутствовать из-за дугообразного растяжения вокруг ствола скважины и в плоскости, в основном перпендикулярной оси ствола скважины. Композиция может быть твердой, жидкой и газообразной или представлять собой любую комбинацию веществ в указанных состояниях, например, может присутствовать в форме суспензии. Способы в рамках этого аспекта изобретения включают в себя те, при осуществлении которых разрывы распространяются глубже в угленосную свиту, чем исходные разрывы, причем эти разрывы имеют больший эффективный диаметр, чем разрывы до обработки, либо представляют собой комбинацию тех и других разрывов, и эти увеличенные разрывы могут оставаться открытыми, когда скважину снова вводят в эксплуатацию. По выбору, нагнетание жидкости разрыва с расклинивающим агентом можно осуществлять после этапа обеспечения сгорания. В некоторых вариантах осуществления давление ствола скважины может резко уменьшаться после этапа осуществления сгорания и перед нагнетанием жидкости разрыва. Эти способы смягчают или исключают проблемы около ствола скважины, которые часто вызывают преждевременное окончание обработок расклиниваемых разрывов посредством расклинивающих агентов.

При осуществлении еще одного способа окислителем может быть материал, нанесенный в стволе скважины или продавленный в угольный пласт до установки перфоратора и простреливания им. Например, источник кислорода (окислительный материал) можно закачивать в (или наносить на) ствол скважины или угольный пласт (либо поперек него) на первом этапе, а затем - на втором этапе - можно использовать стреляющий перфоратор в качестве источника воспламенения, способствующего созданию среды горения или обеспечивающего ее. Стреляющий или стимулирующий перфоратор можно опускать в ствол скважины после размещения окислителя и выстреливать, чтобы в угольном пласте произошло воспламенение. Этот способ применим либо к новому (не перфорированному) стволу скважины, либо в качестве коррективной стимулирующей обработки, во время которой окислительный материал продавливают в угольный пласт перед воспламенением. В еще не перфорированном стволе скважины композицию можно разместить внутри обсадной колонны рядом с угольным пластом или композицию можно закачать в кольцевое пространство между обсадной колонной и углем, а потом можно закачать в это кольцевое пространство цемент и переместить эту композицию к низу обсадной колонны рядом с угольным пластом.

Способы согласно изобретению станут более понятными после рассмотрения, подробного описания изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет схематическое сечение типичной угленосной свиты, в которой находится обсаженный ствол скважины с перфорационными каналами, созданными стандартными зарядами;

фиг.2 - более подробное схематическое частичное сечение типичной угленосной свиты, в которой находится обсаженный ствол скважины с перфорационными каналами, созданными стандартными зарядами;

фиг.3 - схематическое частичное сечение типичной угленосной свиты, в которой находится обсаженный ствол скважины, изображенный на фиг.2, с увеличенными перфорационными каналами, созданными в соответствии со способом согласно изобретению;

фиг.4А и 4В представляют схематические частичные сечения запускающего устройства и пули, соответственно, которые могут оказаться полезными при осуществлении способов согласно изобретению на практике;

фиг.5А-5С - схематические перспективное изображение, сечение и вид сбоку, соответственного, одного заряда взрывчатого вещества и пули, которые можно использовать при осуществлении еще одного способа согласно изобретению на практике;

фиг.5D изображает в частичном сечении упрощенная версия заряда композиции, содержащей окислитель для использования при осуществлении одного способа согласно изобретению на практике;

фиг.6 - схематическое частичное сечение не обсаженного ствола скважины в типичной угленосной свите, иллюстрирующее и разрывы исходного размера, и пример того, как можно увеличить эти разрывы с помощью способов согласно изобретению.

Вместе с тем, отметим, что прилагаемые чертежи выполнены не в масштабе, а иллюстрируют только типичные варианты осуществления этого изобретения, и поэтому их не следует считать ограничивающими его объем, а для изобретения допустимы и другие, столь же эффективные варианты осуществления.

В нижеследующем описании приведены многочисленные подробности, обеспечивающие понимание настоящего изобретения. Вместе с тем, специалисты в данной области техники поймут, что настоящее изобретение можно осуществить на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные изменения или модификации описанных вариантов осуществления.

С середины восьмидесятых годов двадцатого века в Соединенных Штатах метан угольных пластов (МУП) стал все шире и шире используемым нетрадиционным источником ископаемого топлива. МУП изначально был проблемой безопасности подземных угольных шахт, и по этому предмету существует большое количество литературы. За последние два десятилетия наблюдался интенсивный рост заинтересованности в МУП, произошло заметное повышение интереса к метану как нетрадиционному ископаемому топливу. Некоторые называют метан угольных пластов также газом угольных пластов. До 98% МУП адсорбируется в микропорах угля, которые обычно имеют диаметры менее 40 ангстрем, а не в межкристаллитных порах, как в обычных газовых коллекторах. Большинство воды в системе угольных кливажей должно быть удалено перед десорбцией МУП. Природные разрывы в угле (кливажи) являются основными «трубами» для переноса воды и метана из угольных коллекторов. Основной и второстепенный кливажи представляют собой соответственно главную и второстепенную системы угольных кливажей и являются функцией региональной структуры, степени углефикации, литотипа угля, толщины пласта и других факторов. Способы согласно настоящему изобретению лучше всего применять к метану, содержащемуся в угленосных свитах, ввиду наличия в них систем кливажей, потому что они обеспечивают способность пронизывать угленосные свиты зарядами взрывчатого вещества с образованием искусственных разрывов.

Способы согласно настоящему изобретению предусматривают введение в подземные угольные пласты посредством пробуренных стволов скважин композиций, которые высвобождают и/или образуют окислительные вещества в достаточных концентрации и количестве для создания локальных временных условий окисления, достаточных для реакций быстрого локального временного окисления. Эффект оказывается локальным потому, что способность технического персонала предписывать, где в угленосной свите следует применять упомянутую композицию, и эффект оказывается временным потому, что сразу же после израсходования окислителя в композиции сгорание прекращается. Во время сгорания тепло этого сгорания передается в окружающий углистый материал в угольном пласте, и если присутствует достаточно воды, то возможно образование водяного пара и распространение его в кливажи и природные разрывы, а также в искусственные разрывы, что приводит к дополнительному увеличению размеров кливажей, природных разрывов и других разрывов, в частности, тех, которые находятся около ствола скважины. Назначение этой реакции состоит в том, чтобы стимулировать добычу природного газа из этих угольных пластов путем удаления угля в ключевых зонах для увеличения связности и протоков из угольного пласта в ствол скважины.

При осуществлении одного способа, увеличения перфорационных каналов, в соответствии с изобретением, перфорируемые протоки для текучих сред (иногда именуемые тоннелями) из обсаженного сталью ствола скважины в угольный пласт, изначально проложенные кумулятивными зарядами, которые воспламеняются и создают отверстия сквозь изолирующую оболочку, состоящую из обсадной колонны и цемента, в угленосную свиту, увеличиваются за счет модификации зарядов посредством включения в них композиции, способной создавать рассматриваемые в данной заявке локальные временные окислительные среды. В альтернативном варианте, посредством применения обработки рабочим телом одновременно с перфорированием или после перфорирования, что приводит к образованию избытка кислорода, можно увеличить размеры перфорационных каналов и проникновение в угольный пласт путем удаления дополнительного угля из перфорируемых тоннелей посредством быстрого окисления. Термин «одновременно с перфорированием» означает, что окислитель применяют во время перфорирования, например, за счет осуществления перфорирования сквозь предварительно установленную фасовочную упаковку, содержащую окислитель.

При осуществлении другого способа - гидравлического разрыва пласта с травлением за счет быстрого окисления - технологическую жидкость разрыва нагнетают в угольный пласт с большей скоростью, чем может допустить матрица угольных кливажей. Это быстрое нагнетание вызывает увеличение давления в стволе скважины до величины, достаточной для преодоления сжимающих механических напряжений грунта и предела прочности угля при растяжении. При этом давлении уголь проваливается, обеспечивая формирование трещины (или разрыва). Продолжающееся нагнетание увеличивает длину и ширину разрыва. Этот способ приводит к вскрытию кливажей, ориентированных в соответствии с механическими напряжениями в угле. Для обеспечения условий реакции быстрого окисления в угле рядом с вносимыми разрывами в жидкость разрыва добавляют композицию, способную создавать локальные временные условия окисления. Эта реакция быстрого окисления приведет к удалению части угля и созданию проточного канала, который заглубляется в свиту и остается открытым, когда скважину возвращают в эксплуатацию. Обработку, предусматривающую гидравлический разрыв пласта с травлением за счет быстрого окисления, можно применять как автономную стимулирующую обработку или как предварительную обработку для осуществления традиционного гидравлического разрыва пласта расклинивающим агентом с целью устранения извилистых сужений около ствола скважины, которые зачастую приводят к преждевременному окончанию обработки расклиниваемого разрыва из-за создания расклинивающим агентом перемычек около ствола скважины.

Основополагающую реакцию сгорания угля можно представить следующим уравнением:

CH_(H/C)f+O₂⇔CO₂+CO+H₂O + несгораемая зола (как правило, 5-12 процентов).

Член (H/C)_f означает эквивалентное отношение водород/кислород, которое изменяется от угля к углю. Типичный состав и величины теплоты сгорания угля приведены в таблице 1. Окислитель, используемый для создания локальной временной окислительной среды, приведет к сгоранию угля и небольшого количества МУП до тех пор, пока окислитель не израсходуется полностью, после чего локальные среды возвратятся в свое состояние восстановительной атмосферы. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, отметим, что комбинированные эффекты сгорания и расширения нагретых газов реакции приводят к увеличению, по меньшей мере, тех природных разрывов в угленосной свите, которые являются ближайшими к стволу скважины, или увеличению исходных перфорационных каналов на операции перфорирования. Продукты реакций сгорания будут конденсироваться и перекачиваться уже установленными насосами для перекачивания получаемой воды. При вышеописанной стехиометрии реакции в угле и уравнениях равновесной реакции сгорания метана, этана и других газов, присутствие которых в угленосной свите ожидается или может быть определено посредством измерений, специалист сможет рассчитать теоретическое количество угля, которое может быть удалено при использовании заданного окислителя. Эти расчеты считаются хорошо известными, поэтому нет нужды пояснять их здесь подробнее.

Таблица 1
Типичный состав и величины теплоты сгорания угля1
Топливо	Формула (состояние)	Плотность, кг/м3	Теоретическое соотношение компонентов топливо-воздушной смеси	Более высокая теплота сгорания, МДж/кг	Максимальная температура адиабатического горения, К	Температура вспышки и температура самовоспламенения, К
Уголь (сухое вещество, средние значения)	85% C	1400	10 кг/кг	28	2200	600
5% H
5% O
5% M(s)
1 Источник информации: Harju, J.B., “Coal Combustion Chemistry” («Химия горения угля»), Pollution Engineering, Май 1980, стр.54-60.

Композиции, используемые в изобретении, содержат, по меньшей мере, одно химическое вещество-окислитель. Функции окислителя заключаются во вступлении в реакцию с (горючим) углистым материалом, образующим стенки кливажей, природных трещин и искусственных трещин в угленосных свитах. Окислители могут быть органическими, неорганическими или представлять собой их комбинацию и могут быть твердыми, жидкими, газообразными или представлять собой любую комбинацию веществ в указанных состояниях, например, могут присутствовать в форме суспензии. «Окислитель» не обязательно состоит только из одного окислителя или одиночного химического вещества-окислителя, или одиночной фазы любого окислителя. Например, озон может присутствовать в виде газа, растворенного в такой жидкости, как вода. Не все химические вещества-окислители, используемые в изобретении, обязательно должны обладать одним и тем же окислительным потенциалом.

Примеры органических окислителей включают в себя алкилтрикарборанилалкилперхлораты, такие как метилтрикарборанилметилперхлорат, описанный в патенте США №3986906. Как поясняется в этом патенте, метилтрикарборанилметилперхлорат может применяться как объединенный катализатор-окислитель композиции рабочего тела, дополнительно содержащей оксиконцевой полибутадиен, поперечно-сшивающий агент, содержащий диизосукцинат, межповерхностный связующий агент, окислитель, содержащий перхлорат аммония, и металлическое топливо. Композиции рабочего тела этой природы обладают повышенными скоростями горения и улучшенными механическими свойствами. Поскольку метилтрикарборанилметилперхлорат является твердой солью, которая содержит три карборанильные функциональные группы и перхлоратную функциональную группу на молекулу, достигается усиление функции катализатора и функции окислителя. Обычно используемый жидкий карборанильный катализатор можно заменить твердой солью. Можно использовать традиционное связующее, которое позволяет использовать больше окислителя и металлического топлива без ущерба для механических свойств. Рабочие тела являются высокотвердыми загружаемыми рабочими телами со сверхвысокими скоростями горения.

Другие полезные окислители могут содержать гипохлорит, металлические соли хлорноватистой кислоты, перекись водорода, озон, кислород и их комбинации. Подходящие окислители могут включать в себя углекислый газ, металлические соли перхлората, хлората, персульфата, пербората, перкарбоната, перманганата, нитрата и их комбинации. Подходящие окислители могут включать в себя перекись, гипохлорид натрия, водорастворимые соли хлорноватистой кислоты, перхлората, хлората, персульфата, пербората, перкарбоната, перманганата, нитрата и их комбинации.

Окислители могут быть заключены в заряды, такие как кумулятивные заряды, с предусмотренными на них предупредительными надписями для предотвращения нежелательной детонации. В альтернативном варианте, окислитель можно наносить в рамках обработки после перфорирования на ранее образованные перфорационные каналы, еще одной альтернативой является нанесение окислителя посредством предварительно установленной фасовочной упаковки во время перфорирования. Можно использовать стандартные заряды взрывчатого вещества, известные в данной области техники. В тех вариантах осуществления, где окислитель наносят на угленосную свиту посредством использования зарядов взрывчатого вещества (либо как части заряда взрывчатого вещества, либо в виде предварительно установленной упаковки) во время операции перфорирования, оказывается возможным применение так называемых малочувствительных высокоэнергетических взрывчатых веществ. В одном известном типе заряда малочувствительного высокоэнергетического взрывчатого вещества основное взрывчатое вещество, которое относительно малочувствительно к инициированию детонации, можно объединить с сенсибилизированным взрывчатым веществом, которое является относительно чувствительным к инициированию детонации, добавкой, придающей критический диаметр, и связующим, как поясняется в патенте США №5034073. Более конкретно, сенсибилизированное взрывчатое вещество может содержать две фракции заданной крупности сенсибилизирующего взрывчатого вещества, совокупность которых придает всей композиции желательную нечувствительность к внезапному инициированию детонации. В том смысле, в каком он употребляется в данном описании, термин «фракция заданной крупности» означает отдельные порции сенсибилизированного взрывчатого вещества с конкретными средними размерами частиц. Нечувствительность композиций к внезапному инициированию детонации достигается путем коррекции соотношения средних размеров частиц первой фракции заданной крупности и второй фракции заданной крупности сенсибилизированного взрывчатого вещества. Наилучшие результаты обычно будут получаться при отношении размеров частиц в диапазоне от около 50:1 до около 30:1 или от около 45:1 до около 35:1.

Первая фракция заданной крупности сенсибилизированного взрывчатого вещества может иметь средний размер частиц в диапазоне от около 140 до около 160 микрон в диаметре. Вторая фракция заданной крупности сенсибилизированного взрывчатого вещества может иметь средний размер частиц в диапазоне от около 1 до около 10 микрон. Отношение масс первой фракции заданной крупности и второй фракции заданной крупности сенсибилизированного взрывчатого вещества может находиться в диапазоне от около 1:1 до около 1:30 или от около 1:3 до около 1:10. Количество используемого окислителя зависит от приложения и угленосного источника МУП, состав которого может изменяться, но когда окислитель применяют во время операции перфорирования, он может присутствовать в количестве, соответствующем отношению масс окислителя и сенсибилизированного взрывчатого вещества, находящемуся в диапазоне от около 1:1 до около 1:10. Основным компонентом МУП обычно является метан, но важными компонентами некоторых углей являются углекислый газ, этан и газообразные высшие углеводороды. В том смысле в каком он употребляется в патенте США №5034073, термин «критический диаметр» означает минимальный диаметр правильного цилиндра литьевого взрывчатого вещества, при котором детонация станет самоподдерживающейся, т.е. будет достигаться детонация в установившемся состоянии. Термин «добавка, придающая критический диаметр» относится к ингредиентам с конкретным средним размером частиц, функция которых заключается в уменьшении критического диаметра литьевых взрывчатых веществ таким образом, что возможно их принудительное инициирование и использование. Чтобы скорректировать критический диаметр композиции с помощью добавки, придающей критический диаметр, можно использовать добавку со средним размером частиц в диапазоне от около 10 до около 150 микрон в диаметре, причем наилучшие результаты получаются, когда средний размер частиц находится в диапазоне от около 25 до около 35 микрон в диаметре.

В рамках вышеописанных групп можно упомянуть ряд конкретных примеров. Примерами основного (относительно малочувствительного) взрывчатого вещества являются нитрогуанидин, нитрат гуанидина, пикрат аммония, 2,4-диамино-1,3,5-тринитробензол, перхлорат калия, нитрат калия и нитрат свинца. Примеры сенсибилизированных взрывчатых веществ включают в себя: цикло-1,3,5-триметилен-2,4,6-тринитрамин, циклотетраметилентетранитрамин, 2,4,6-тринитротолуол, тетранитрат пентаэритрита и гидразин. Добавки, придающие критический диаметр, можно выбрать из нитратов аминов и аминонитробензолов. Нитраты аминов, оказавшиеся полезными в качестве добавок, придающих критический диаметр, включают в себя динитрат этилендиамина и динитрат бутелендиамина. Аминонитробензолы, оказавшиеся полезными в упомянутом качестве, включают в себя 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол.

Примеры связующих материалов, используемых в настоящем изобретении, включают в себя полибутадиены, как и карбокси-, так и оксиконцевые, полиэтиленгликоль, простые полиэфиры, сложные полиэфиры (в частности, оксиконцевые), полифторуглероды, эпоксидные смолы и силиконовые каучуки (в частности, двухкомпонентные). Подходящие связующие включают в себя те, которые остаются эластомерными в отвержденном состоянии даже при низких температурах, например, таких как температуры до -100°F (-73°С). Отверждение связующих можно проводить любыми традиционными средствами, включая нагревание, облучение и катализ.

В качестве варианта выбора, в упомянутую композицию можно включить металлические порошки, например, алюминиевые, для увеличения взрывного давления. Для получения наилучших результатов, размер частиц может составлять 100 меш или менее, предпочтительно, от около 2 до около 100 микрон. Порошок будет обычно составлять от около 5 массовых процентов до около 35 массовых процентов композиции, при этом повышенные процентные доли порошка необходимы - среди прочих приложений - для подводных взрывчатых веществ.

Относительные пропорции этих компонентов в массовых процентах применительно ко всей композиции взрывчатого вещества являются следующими: основное взрывчатое вещество - в диапазоне от около 30 процентов до около 60 процентов; первая фракция заданной крупности сенсибилизированного взрывчатого вещества, в диапазоне от около 1 процента до около 10 процентов; вторая фракция заданной крупности сенсибилизированного взрывчатого вещества, в диапазоне от около 10 процентов до около 25 процентов; и добавка, придающая критический диаметр, в диапазоне от около 2 процентов до около 20 процентов. Остаток композиции представляет собой связующее или композицию связующего, состоящее или состоящую из любой жидкости или смеси жидкостей, способных отверждаться с получением твердой формы, и выборочно включающую в себя дополнительные ингредиенты, использование которых вместе со связующими уже известно, например, такие как катализаторы и стабилизаторы. Связующее вводят в достаточном количестве для того, чтобы сделать неотвержденную композицию заливаемой или перекачиваемой и обеспечить возможность ее заливки или нанесения в стволе скважины посредством перекачивания. Соответственно, количество связующего составляет от около 10 процентов до около 20 процентов массы всей композиции взрывчатого вещества.

Стандартные заряды, используемые в настоящем изобретении, могут иметь энергию взрыва, сравнимую с такими взрывчатыми веществами, как 2,4,6-тринитротолуол (ТНТ), алюминированные взрыв